KR101652717B1 - 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 관한 것으로, 프론트 패널, 2개의 사이드 멤버 및 리어멤버로 분리 구성되던 시트 쿠션 프레임을 단섬유 또는 장섬유가 보강된 열가소성수지(GMT:Glass fiber Mat Thermoplastics)를 오븐에서 예열한 후 한 번에 성형하여 일체화시킨 시트 쿠션 프레임본체; 상기 프레임본체에 국부적으로 보강되게 상기 프레임본체 성형시 함께 성형되어 일체화되는 보강대;를 포함하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 있어서; 상기 보강대는 연속섬유와 폴리프로필렌수지를 45-80:20-55 중량비로 혼합 성형한 CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics)로 뽑아낸 원형 중공 또는 사각 중공 타입의 로드 형태를 갖고, 상기 로드는 상기 프레임본체의 둘레부에 일체로 성형되어 강도 보강한 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임을 제공한다.
본 발명에 따르면, 연속섬유를 열가소성 수지와 혼합하여 복합소재를 만들고, 이를 한 번에 성형하여 시트 쿠션 프레임을 제작할 수 있으므로 작업공수 절감은 물론 제조비용 절감, 생산성 향상, 강도 증대, 중량 절감의 효과를 얻을 수 있다.

Description

연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임{FRONT SEAT CUSHION FRAME USING COMPLEX MATERIAL APPLIED CONTINUOUS FIBER}

본 발명은 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4개의 파트별로 개발되어 개별 용접되던 기존 스틸 프레임을 완전히 대체하여 GMT(Glassfiber Matreinforced Thermoplastics)와 CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics)를 혼용하여 경량화시킴은 물론 하나의 파트로 일체화시켜 공정 간소화 및 제조비용 절감을 달성할 수 있는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 시트 쿠션 프레임은 시트 쿠션의 주된 뼈대로서 시트 쿠션은 탑승자의 엉덩이를 받쳐 주어 편안하고 안락한 탑승환경을 제공해 주는 수단이다.

때문에, 도 1의 예시와 같이 충분한 강도와 견고함을 유지할 수 있도록 스틸 소재로 된 시트 쿠션 프레임(10)이 제작되어 왔다.

특히, 차량용 시트는 상당히 많은 성능이 요구되는데, 높은 기계적 물성을 요하는 여러 강도시험들 뿐만 아니라, 미려한 외관품질 수준을 동시에 만족해야 한다.

이와 같이, 요구성능이 점점 까다로와 짐에 따라 시트의 구성 역시 점점 복잡해지고 부품수가 많아지고 있는데, 이는 현재 시트 시스템에서 주된 단점으로 지적받고 있다.

무엇보다도, 도 1에 도시된 바와 같이 종래 시트 쿠션 프레임(10)은 4개의 서로 다른 부품, 즉 프론트 패널(12), 2개의 사이드멤버(14) 및 리어멤버(16)가 개별적으로 제작된 후 용접 방식을 통해 서로 접합되어 하나의 시트 쿠션 프레임(10)이 완성되었기 때문에 일 예로 총 중량이 3.35kg에 이를 정도로 중량이 커 차량의 연비를 떨어뜨리는 단점이 있다.

뿐만 아니라, 제조과정도 복잡하고 용접과정을 수반하고 있으므로 작업성이 떨어지며, 그에 따라 생산성도 하락하는 단점이 있으며, 외관 품질도 떨어지는 단점이 있다.

이와 관련된 선행기술로는 등록특허 제1211847호, 등록특허 제0520209호 등이 개시된 바 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 요청에 부응하기 위해 창출된 것으로, 기존 스틸로 용접 제작되던 고중량의 시트 쿠션 프레임을 대체하여 경량화는 물론 설계자유도를 증대시킨 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 프론트 패널, 2개의 사이드 멤버 및 리어멤버로 분리 구성되던 시트 쿠션 프레임을 단섬유 또는 장섬유가 보강된 열가소성수지(GMT:Glass fiber Mat Thermoplastics)를 오븐에서 예열한 후 한 번에 성형하여 일체화시킨 시트 쿠션 프레임본체; 상기 프레임본체에 국부적으로 보강되게 상기 프레임본체 성형시 함께 성형되어 일체화되는 보강대;를 포함하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 있어서; 상기 보강대는 연속섬유와 폴리프로필렌수지를 45-80:20-55 중량비로 혼합 성형한 CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics)로 뽑아낸 원형 중공 또는 사각 중공 타입의 로드 형태를 갖고, 상기 로드는 상기 프레임본체의 둘레부에 일체로 성형되어 강도 보강한 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 연속섬유를 열가소성 수지와 혼합하여 복합소재를 만들고, 이를 한 번에 성형하여 시트 쿠션 프레임을 제작할 수 있으므로 작업공수 절감은 물론 제조비용 절감, 생산성 향상, 강도 증대, 중량 절감의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 시트 쿠션 프레임의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임의 REAR SLED 성능 요구조건 및 테스트 결과를 보인 도면이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임은 프레임본체(100) 및 상기 프레임본체(100)에 국부적으로 보강된 보강대(200)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 프레임본체(100)는 유리섬유가 강화된 열가소성수지, 이를 테면 GMT 또는 LFT로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 열가소성수지를 강화하는 유리섬유는 반드시 유리섬유를 사용해야 하는 것은 아니며, 아라미드섬유, 카본섬유 또는 천연섬유 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

또한, 상기 유리섬유 등의 보강섬유는 단섬유 혹은 장섬유 형태로 보강되며, 방향성을 갖거나 혹은 방향성을 갖지 않는 경우 모두를 포함한다.

즉, 일정길이로 잘라진 단섬유 형태 혹은 장섬유 형태의 유리섬유를 임의방향 또는 일정방향으로 우번(Woven) 또는 넌우번(Non-Woven) 형태로 직조되거나 직접 매트릭스에 해당하는 레진에 혼합하는 형태로 이루어진다.

뿐만 아니라, 상기 보강섬유(유리섬유, 아라미드섬유, 카본섬유 등)가 보강되는 열가소성수지의 경우에도 폴리프로필렌수지 뿐만 아니라, PA, PE가 될 수 있다.

그리고, 상기 프레임본체(100)는 상기 보강섬유가 강화된 열가소성수지로 된 시트를 오븐에 통과시켜 예열한 후 금형에 넣고 가압 프레스하여 상기 시트 쿠션 프레임의 형상을 갖도록 일체로 성형된다.

때문에, 기존처럼 4개의 파트로 분리하여 개별 제작 후 서로 용접할 필요없이 한 번에 일체 성형이 가능하게 된다.

한편, 상기 보강대(200)는 유리섬유, 아라미드섬유, 카본 섬유, 부직섬유(Fabri) 등을 단섬유 또는 장섬유가 아닌 연속섬유로 하여 열가소성수지, 이를 테면 폴리프로필렌수지(PP) 수지에 함침시켜 그 단면이 원형 중공 또는 사각 중공 단면 형상을 갖는 로드 형태로 뽑아낸 형태가 될 수 있다.

이러한 연속섬유 보강 열가소성수지는 CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics)라 한다.

또한, 경우에 따라서는 기계적 강도가 요구되는 범위와 사이즈에 따라 CFRTPC 로드의 갯수가 달라질 수 있으며, 로드가 아닌 시트 바(Sheet Bar) 타입이될 수도 있다.

이때, 시트 바 타입은 두께를 갖는 판형을 말한다.

뿐만 아니라, 상기 보강대(200)는 상기 CFRTPC를 얇은 UD 테이프인 프리프레그(Prepreg) 형태로 만들고, 이 프리프레그를 여러장 적층시키되, 물성에 맞게 적층 각도를 조절하여 물성에 적합한 보강대(200)를 구성하도록 만들 수 있다.

예컨대, 적층형태는 프리프레그를 0도-90도-0도-90도, 0도-90도-90도-0도, 0도-0도-0도-0도, 45도-45도-45도-45도, 0도-45도-45도-0도, ........ 등과 같이, 다양한 형태로 적층할 수 있다.

여기에서, 상기 보강대(200)를 구성하는 연속섬유와 열가소성수지는 45-80:20-55의 중량비로 혼합할 때 중량을 줄이면서 기계적 강도를 확보할 수 있는 가장 적합한 비율이다.

이러한 보강대(200)는 시트 쿠션 프레임을 구성하기 위해 다수의 로드 혹은 시트 바 혹은 프리프레그 적층타입의 소재를 오븐에 히팅시켜 금형 안에 재치되어 있는 프레임본체(100)의 상면에 국부적으로 안착시킨 상태에서 가압 프레스하여 일체화되게 구성할 수 있다.

이때, 상기 보강대(200)와 프레임본체(100)는 서로 동질이므로 계면에서의 결합력이 우수하여 접합성이 뛰어나기 때문에 쉽게 분리 이탈되지 않고 일체화가 용이하며 우수하다.

특히, 로드 형태일 경우에는 로드 가닥을 서로 꼬아 투입하게 되면 인장강도는 물론 충격강도까지 향상시킬 수 있다.

이러한 시트 쿠션 프레임의 특성, 특히 REAR SLED 성능 특성을 확인하기 위해 그 스펙을 보인 도 3의 (a)와 비교하여 본 발명 프레임을 테스트한 결과, (b)와 같이 스펙을 충분히 충족시키고 있음을 확인할 수 있었다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따르면 시트 쿠션 프레임의 중량을 2.68kg 까지 줄일 수 있어 종래 스틸재 대비 20%의 중량 절감 효과도 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 연속섬유 보강재는 성질상 GMT와 유사하기 때문에 GMT 성형다이에서 함께 성형할 수 있는 장점이 있으므로 전환 사용함에 있어 추가 설비없이 구현할 수 있는 장점을 가진다.

100: 프레임본체 200: 보강대

Claims (6)

1. 프론트 패널, 2개의 사이드 멤버 및 리어멤버로 분리 구성되던 시트 쿠션 프레임을 단섬유 또는 장섬유가 보강된 열가소성수지(GMT:Glass fiber Mat Thermoplastics)를 오븐에서 예열한 후 한 번에 성형하여 일체화시킨 시트 쿠션 프레임본체; 상기 프레임본체에 국부적으로 보강되게 상기 프레임본체 성형시 함께 성형되어 일체화되는 보강대;를 포함하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임에 있어서;
   상기 보강대는 연속섬유와 폴리프로필렌수지를 45-80:20-55 중량비로 혼합 성형한 CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics)로 뽑아낸 원형 중공 또는 사각 중공 타입의 로드 형태를 갖고,
   상기 로드는 상기 프레임본체의 둘레부에 일체로 성형되어 강도 보강한 것을 특징으로 하는 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트 쿠션 프레임.
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